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钒、铬亦是重要金属元素。高铬型钒渣钠化焙烧熟料的浸出液含有高浓度的钒(V(V))与铬(Cr(VI))。由于V(V)与Cr(VI)性质相近,欲获得高纯度的钒制品与铬制品,必须对溶液中V(V)与Cr(VI)进行有效分离。但目前仍缺乏有效分离溶液中V(V)与Cr(VI)的方法。此外,该浸出液沉钒、沉铬后的废液仍含有V(V)与Cr(VI),而 V(V)与 Cr(VI)具有高毒性、严重污染环境。因此,分离与回收溶液中的 V(V)与 Cr(VI)具有重要大的经济意义和环境保护意义。本论文以钒酸钠、铬酸钠的混合溶液模拟高铬型钒渣钠化焙烧熟料的浸出液,采用De x-V大孔弱碱性阴离子交换树脂分离溶液中V(V)与Cr(VI),建立了相应分离的方法并研究了相关分离机理。 本文采用的实验原理为:利用V(V)与Cr(VI)在氧化性方面的微弱差异,利用4%硫酸-乙醇混合溶液为选择性还原剂,将吸附在阴离子交换树脂表面的含Cr(VI)阴离子选择性还原为 Cr(III)阳离子而离开树脂表面,从而与仍然吸附在树脂表面的含V(V)阴离子分离。 本论文的主要研究内容与结果如下: ①静态吸附-解吸V(V)、Cr(VI) 利用Dex-V阴离子交换树脂静态吸附了钒铬混合溶液中V(V)、Cr(VI),考察了pH值、接触时间、温度对钒、铬吸附率的影响;探讨了吸附过程的热力学与动力学规律。实验结果表明:在pH值为3时,Dex-V吸附V(V)、Cr(VI)的效率最高。吸附经过40分钟达到平衡状态,温度保持在25℃最佳。等温吸附实验表明, Freundlich模型方程可以准确反映Dex-V树脂对V(V)、Cr(VI)的离子交换和吸附过程,并且吸附属于均相化学离子交换过程。热力学研究表明,De x-V树脂对V( V)、Cr(VI)吸附是自发进行的过程(△G<0),同时伴随着吸热反应(△H>0),并且也是熵值增加过程(△S>0)。动力学研究表明,Dex-V树脂对V(V)、Cr(VI)的离子吸附交换符合拟二级动力学模型,并且吸附过程属于化学交换吸附;Dex-V树脂吸附V(V)、Cr(VI)的过程受液膜扩散与颗粒扩散协同控制。吸附饱和后的 Dex-V树脂可以采用4%硫酸-乙醇解吸吸附在树脂表面的Cr(VI),其解吸率为96.70%;解吸后的树脂可用氢氧化钠溶液解吸V(V)。 ②动态吸附-解吸V(V)、Cr(VI) 利用离子交换柱研究了 Dex-V阴离子交换树脂对含钒铬混合溶液中钒、铬的动态吸附特性。实验结果表明:不同交换柱柱床高度下,随着高度的升高,交换离子流出曲线的穿透点会向右移动,对应的穿透体积也会增大。流出曲线可用贯穿函数模型拟合( R2=0.986)。动态吸附过程的等温吸附模型拟合结果表明,Freundlich模型能够用来较好地描述Dex-V树脂吸附V(V)、Cr(VI)的过程,其吸附过程属于优惠吸附。Dex-V树脂洗脱曲线显示,柱床高度为30 cm时Cr(VI)解吸率达最高值96.52%而V(V)解吸率约为5%,这表明该条件下Cr(VI)能被高选择性、高效地解吸。 通过本论文的研究,创新性地利用V(V)与Cr(VI)在氧化性方面的微弱差异,建立了一种高效分离及与提取溶液中钒、铬的方法。这将显著提高我国高铬型钒钛磁铁矿的综合利用度。